Глубокую стимуляцию мозга применяют для лечения таких нарушений, как сильные депрессии, болезнь Паркинсона и эпилепсия. Терапия требует внедрения в мозг микроэлектрода, через который определенная область мозга получает электрический стимул и изменяет свою активность [1]. Такой подход уже помогает людям в борьбе с нервными расстройствами, но ученые продолжают думать над аналогичным способом лечения, не требующим хирургического вмешательства. К тому же, чтобы избежать побочных эффектов, важно найти способ возбуждать целевую группу нейронов, а не все подряд, как это делает электрический импульс.

Воздействовать на мозг точечно могла бы помочь оптогенетика. Метод сопряжен с внесением в «избранные» нейроны светочувствительных белков, что придает отдельным клеткам новое свойство — способность реагировать на свет, которым в качестве стимулятора заменяют электрический ток. Метод активно применяется, например, в лечении дегенеративных заболеваний сетчатки [2]. Проблема оптогенетики в деле стимуляции мозга заключается в том, что свет рассеивается тканями и тоже требует подвода к месту воздействия. Поэтому вопрос поиска неинвазивного метода долго оставался актуальным.

Альтернативу оптогенетике предложили ученые из США [3]. Их подход связан с внесением в нейроны тепло-, а не светочувствительных белков. Они продемонстрировали новый минимально инвазивный способ возбуждения нейронов через активацию теплочувствительного капсаицинового рецептора TRPV1 (transient receptor potential cation channel subfamily V, member 1) магнитными наночастицами. Когда наночастицы Fe₃O₄ с полимерным покрытием помещают в переменное магнитное поле, они за счет гистерезиса продуцируют и рассеивают тепло, что вызывает обратимое возбуждение нейронов, имеющих TRРV1. Важно, что низкочастотные переменные магнитные поля (100 кГц — 1 МГц) могут проникать вглубь мозга без значительного ослабления и потому обеспечивать возможность неинвазивной доставки сигнала.

Технологию испытывали на культурах клеток человека и на животных. Сначала в нейроны подопытных мышей с помощью лентивирусного вектора доставляли ген теплочувствительного рецептора TRPV1 (в нервной системе млекопитающих этот рецептор экспрессируется и естественным образом, но слабо, а в эксперименте нужно было добиться стабильно высоких цифр). Затем делали инъекцию раствора с магнитными наночастицами (рис. 1). Наночастицы присутствовали в мозге животного в течение месяца, позволяя проводить постоянную стимуляцию нейронов без дополнительного вмешательства. Инъекция магнитных наночастиц травмирует организм сравнительно слабо, не вызывая бурного иммунного ответа. Оказалось, что пятисекундного воздействия магнитным полем достаточно для того, чтобы наночастицы подняли температуру в мозге примерно до 43 °C и активировали целевую группу нейронов. Важно, что охлаждение тканей происходило тоже быстро — за 60 секунд. Полагают, что такое кратковременное повышение температуры не должно сильно сказываться на самочувствии животного, кроме того, изменений плотности нервной ткани у подопытных мышей по сравнению с нестимулированными обнаружено не было.

Авторы исследования считают свой подход очень перспективным. Возможно, скоро более совершенный вариант магнитотермической беспроводной стимуляции уже будет помогать людям избавляться от депрессии и неврологических заболеваний.

Литература

1. Светлая голова;
2. Оптогенетика + голография = прозрение?;
3. Chen R., Romero G., Christiansen M.G., Mohr A., Anikeeva P. (2015). Wireless magnetothermal deep brain stimulation. Science. doi: 10.1126/science.1261821..